成缆工艺教材

成缆工艺
一、成缆的基本概念
成缆是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。

所谓成缆就是将若干绝缘线芯或单元组合按照一定的规则绞合起来的工艺过程；包括绞合时线芯间空隙的填充和在成缆上的包带过程。

根据绝缘线芯的直径，成缆可分为对称成缆和不对称成缆。

对称成缆是指绝缘线芯直径相同的成缆。

不对称成缆是指绝缘线芯直径不同的成缆。

成缆过程中，成缆的每根绝缘线芯都有直线和旋转两种运动，当绝缘线芯旋转一周时，绝缘线芯沿轴向前进的距离称为成缆节距。

节径比是节距长度与成缆外径之比。

对于不同产品节径比不同，一般要求柔软性较高的电缆规定节径比较小，以使这些电缆具有较好的弯曲性能。

成缆节距的选择，对各种电缆绝缘线芯是不同的。

成缆节距越大电缆线芯在弯曲是变形越大，电缆的柔软性越差。

选择合适的成缆节距，使电缆有好的结构稳定性和弯曲性，减少变形和折皱以及有较大的生产率。

在成缆的一个节距内绝缘线芯的实际长度与节距长度之比称为绞入系数。

而绞入率是指在一个成缆节距内绝缘线芯的实际长度减去节距长度的差值与成缆节距之比。

绞入率是由节径比决定的，节径比越小绞入率越大，绞入率的增加，使成缆的导线电阻增加同时也增加了单位长度电缆导体材料和其他绝缘材料的消耗。

二.成缆的填充
填充：填充都有使成缆后电缆外形圆整，不易变形的作用，同时根据填充材料的不同还有其它特殊作用，如阻燃填充有阻燃的作用
绝缘线芯成缆时，其线芯与线芯之间均有一些间隙，特别是双芯、三芯、四芯和五芯成缆时，其内部和侧面的空隙均较大，如不用填充材料加以填充，很难保证成缆后电缆的圆整度。

对不同的电缆用不同的填充材料，但要求填充材料的耐热性能与电缆的工作温度相一致，不能使与其接触的材料的性能变化，还要求它具有不吸水性。

三.成缆的包带
包带：包带都有将绞合线缆扎紧、包缚成形的作用，同时根
据包带材料不同还具有其他特殊作用，如玻纤带有一定的耐
火作用。

包带的绕包有三种形式：重叠绕包、间隙绕包、衔接绕包。

衔接绕包是相邻包带螺旋的边与边紧密接触。

这种方法在电缆生产上是不采用的：一是很难实现，二是在电缆弯曲时会引起漏包和折皱。

重叠绕包是包带的后一部分与前一部分相重叠。

这种方法会降低电缆的弯曲性能。

间隙绕包是前后圈包带彼此不相接触，有一间隙。

采用这种方式绕包的电缆就不存在上述情况，因此这种绕包方式是最常用的。

电力设备用电多数是使用多相电源，所以电力电缆是多芯的。

常用三相电源的三芯电缆或四芯电缆（有一根地线）。

线芯自身的扭转，产生内应力，通常采用退扭成缆。

笼式成缆机一般通过退扭环实现退扭。

盘式成缆机则通过放线架和绞合装置同步旋转来达到退扭的目的。

1KV大截面多芯力缆绝缘线芯采用扇形，为了防止扇形线芯在成缆过程中绝缘线芯的变形，是扇形顶角始终对正电缆的几何中心，以保证成缆的圆整，必须采用弹性预扭。

预扭即线芯逆成缆方向转过一个角度，使绝缘线芯有一个相反方向的弹性变形，扇形顶角对正电缆的几何中心。

线芯预扭是提高大截面扇形线芯电缆质量的一种方法，它可以从根本上消除由于成缆时线芯变形引起的损坏。

我们公司的35KV XLPE绝缘力缆一般为单芯。

1KV、10KV、35KV架空绝缘一般不用成缆。

我们公司成缆的填充为聚丙烯填充带、网状聚丙烯填充带、聚丙烯填充并股绳、岩棉绳、玻璃纤维绳（阻燃和耐火电缆）。

成缆的包带一般为无纺布，玻璃布带（阻燃和耐火电缆），聚酯带（市话电缆）等，要求包带要扎紧，对无纺布和玻璃布带要求有一定的搭盖率，绕包平整，无折皱等
总之，成缆是一道重要的工序，若这道工序出了问题则会影响电缆的质量和生产成本等。

四.成缆的基本工艺参数
1.绞合方向：成缆绞合方向有左向右向之分，区别的方法
即：将绝缘线芯成缆后，水平放置向前看，如果是左旋
为左向，右旋为右向，电缆最外层成缆应为右向。

绞合方向的判定方式如下图：
四指沿着电缆线芯轴的方向，拇指
与绞线方向一致，若与左手相同为左
向，与右手相同为右向。

2.成缆节距与节距倍数
成缆过程中，成缆的每根绝缘线芯，都有直线和旋
转两种运动。

当绝缘线芯旋转一周时，绝缘线芯沿轴向
前进的距离称为电缆节距。

在生产实际中，一般成缆节距是以节距倍数来表示的。

所谓节距倍数，即是节距长度与成缆的直径之比。

用公式表示为：
m=L/D
式中m—成缆节距倍数；L—成缆节距；D—成缆直径。

对于不同的产品节距倍数不同。

一般要求柔软性较
高的电缆，规定节距倍数较小。

如：矿用电缆中的电钻
电缆，UZ标准规定不大于5倍，U、UP标准规定不大于12～14倍，以使这些电缆具有较好的弯曲性能。

成缆节距长度的选择，对各种电缆绝缘线芯是不同的。

成缆节距大小直接影响绝缘线芯变形和电缆柔软
性。

成缆节距越大，电缆绝缘线芯在弯曲时的变形越大，电缆柔软性越差。

通常绝缘线芯的成缆节距是根据电缆使用条件、线芯柔软程度以及成缆后电缆的稳定性等因素加以选定。

选择合适的成缆节距，使电缆有好的结构稳定性和弯曲性，减少变形和皱褶以及有较大的生产率。

对于圆形绝缘线芯采用较小的节距，一般节径比为25～40，而扇形绝缘线芯采用较大的节径比，一般在40～80。

且遵循截面大的绝缘线芯成缆用较小的节径比的原则。

（因为大截面线芯形变产生的内应力也大，易破坏电缆结构稳定性和产生“蛇形”）
3.绞合节距和绞入率
由于成缆过程中绝缘线芯除直线前进的运动外，还有一个扭绞的转动，因此成缆的长度与绝缘线芯的实际长度是不等的。

在成缆的一个节距内，绝缘线芯的实际长度l与节距长度L之比称为绞入系数K
即：K=l/L
在实际使用中，还有绞入率的概念，即在一个成缆节距内绝缘线芯实际长度减去节距长度的差值与成缆节距长度之比称为绞入率。

这是因为绞合时，绝缘线芯沿螺旋线转过一个节距时，它的实际长度大于节距长度，因此将这个增加的长度与成缆节距长度之比称为为成缆的绞入率，通常以百分数表示，如下式：L为成缆节距，D为成缆直径，l为一个节距内绝
缘线芯的实际长度。

则绞入率可用下式表示：
λ＝（l-L）/L×100%
已知
l= (π2D2+L2)1/2
=[(π2/m2+1)L2]1/2
式中m=成缆节距倍数
所以绞入率λ可写成：
λ＝｛[1+（π/m）2]1/2-1｝×100%
由此可见，绞入率是由节距倍数决定的。

节距倍数越小，绞入率越大。

绞入率的增加，使成缆的导线电阻增加，同时也相应地增加了单位长度电缆导体材料和其它绝缘材料地消耗。

4.部分电缆的成缆外径
d:圆形绝缘线芯外径D:成缆外径两等截面圆形绝缘线芯成缆外径：D=2d
三等截面圆形绝缘线芯成缆外径：D=2.154d
四等截面圆形绝缘线芯成缆外径：D=2.414d
五等截面圆形绝缘线芯成缆外径：D=2.7d
5.部分电缆的成缆填充面积
圆形绝缘线芯成缆后填充面积由以下表方法确定：
d为绝缘线芯外径
扇形线芯成缆
圆形线芯的电缆采用退扭成缆，扇形线芯的成缆有两种方式：一种是不退扭线芯（用固定式）成缆，另一种是退扭线芯（用浮动式）成缆。

对于线芯不退扭的在成缆时，为了防止扇形线芯在成缆过程中绝缘线芯的变形，采用固定式成缆，使扇形顶角始终对正电缆的几何中心，以保证成缆直径的圆整。

为此，扇形绝缘线芯必须进行弹性预扭。

预扭的含义：在线芯绞合压型时相反线芯按成缆节距进行扭转，并方向相反。

放线芯逆成缆方向转过某一角度，使绝缘线芯有一个相反方向的弹性变形，扇形顶角对正电费的几何中心。

预扭角度的多少，不是以计算求知，是以经验掌握。

放线盘到第一道压模的距离长，预扭的角度要大些。

绝缘线芯的柔软度
愈大，预扭的角度也愈大；小截面的比大截面的预扭角度要大；同样规格的绞合线芯比单根线芯预扭角度大。

一般对于在绞笼上的绝缘线芯预扭在半圈到三圈范围内。

绞笼后面单独放线架上的扇形绝缘线芯预扭角度较大些。

对于预扭角度较差的，可利用调整压模架与分线板的距离少量的补偿。

若预扭不足则把压模调节靠近分线板，反之预扭过头，则把压模调至远离分线板。

但压模架到分线板的的距离不能太小，如果距离太小，使绝缘线芯进模角度太大，容易使绝缘线芯弯曲半径过小，损伤绝缘或产生绝缘皱折，一般控制绝缘线芯进模角度不大于45度。

另一种是线芯退扭的方法。

它错助于绞制----绝缘机预扭设备的成缆。

绝缘线芯由右向左运动，通过紧压装置，由轴借链条和齿轮系统，使整个装置绕轴旋转。

压辊绕轴的附件旋转是借锥形齿轮来达到的，这样线芯的前进运动和旋转运动能适当配合，很方便地得到了线芯的预扭扭转。

五、成缆中应注意的一些问题
1.成缆时应按绝缘线芯红、黄、绿、蓝、黑或0、1、2、
3、4顺序排列；
2.包带的方向应为左向；
3.包带的厚度要均匀，绕包后平整、紧实、无褶皱，搭
盖均匀、无漏包现象。

4.成缆后的扇形线芯，不准有翻身现象。

5.成缆时必须按工艺将填充物填好，（保证饱满，又不损
伤绝缘），填充不应有跳蹦。

六、废品种类及防止方法
七.绞线的结构型式：
1．普通绞线：是由同材料和直径相同的导电单线以同心层绞形式制成的。

第一层：1+6=7根
第二层：1+6+12=19根
第三层：1+6+12+18=37根
特点：①每层单线数相差6 ②间隙为0.28d
2．组合绞线：
铝线+铝合金（或钢线）的绞线，常用的有：钢芯铝绞线，钢芯铝合金导线，钢/铝包钢混合绞线
3．特种绞线：
①防腐钢芯铝绞线：在绞线各层之间和外表面涂防腐剂。

②压缩铝绞线和钢芯铝绞线。

③扩径绞线:减少电晕现象,根据尖端放电原理,半径愈小,放
电愈大,又可减轻绞线重量,节约原材料。

a.扩径铝绞线和扩径钢芯铝绞线，（扩径有一定限度）这些导
线一般是在同心层绞的基础上，采用疏绕式复绞的办法进
行扩径。

b.空心扩径绞线及空心型绞线。

一种为：中间以蛇皮管支撑的空心扩径绞线，其外层绞有两层铝线，内层铝线还按一定的间隙夹有钢线。

另一种为：型线制成（工艺复杂）。

4．减振绞线及间隙绞线
一般绞线用防振锤，护线器等减少绞线的振动，提高绞线的使用寿命，而减振导线自身可减少和抵消部分振动。

●减振导线是在：钢线、铝线各层之间留有一定空隙（即各层
之间互相分离），这样各绞层重量不同，而振动不同，互相干扰，即部分振动抵消。

5．防冰绞线：多雪地区，积水导致导线断裂。

而防冰绞线，在正常情况下用铝线输电，当积雪时，由控制器切断铝线上的电流，使电流流过钢芯，产生大量热量，使冰雪熔化。

6．软绞线和专用绞线：
软线芯;
专用绞线：电刷线，铜天线
7．绞合电缆线芯：
圆形;
异形：扁形、椭圆、平圆、空心型、瓦楞形等。

八.绞线原理与绞线结构计标：
1．绞线主要参数
①方向：
②节距R：单线沿绞线旋绕一圈在长度方向的长度。

③节距比m：绞线节距长度与绞线直径之比。

理论节距比:（D’—绞线层圆单线中总直径）
一般绞线：m’为14～20倍，也有40倍的。

④绞入角a：
⑤绞入率（系数）：
式中：k—指单线沿绞线旋绕一周的长度。

2．M与k的应用：
①绞线中单线长度的计标：
②绞线重量计标：
③绞线的直流电阻计算：
3．绞合规律：
①最小节距：2=72°561 m1=10.2
②绞合节距规定：——见工艺卡一般14～20倍，也有
40倍
4．绞线的结构计标：
①绞线中心层的直径：1根 2根 3根 4根 5根 6
根7根
1d 2d 2.154d 2.414d
2.7d 3d
②同心层绞线的结构数据：
绞线外径：D=D0+2nd
绞线总根数：1+6+12+18+32
绞线中各层的单层根数：N=N0+6
绞线的填充系数：绞线空隙面积与同直径圆面积之比，但我们
关心的是：挤压式与挤管式造成的填隙面积见下图阴影部分面
积，这在挤塑部分专门讲解。

③束线的外径：D=SQR[(4*N-1)/3]*d单丝直径
芯线绞合有关设计与计算
芯线绞合国内称为成缆，是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。

由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆芯的过程称芯线绞合。

其原理类似如导体绞合，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似。

芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合。

因为芯线在绞合过程中有弯曲变形,有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭。

如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI
芯线及其它高发泡绝缘芯线。

以下分几个方面叙述芯线绞合的工艺参数计算:
5．1.对绞:
对绞线的等效外径:
D=1.65d或1.71d
(软质用1.65d,硬质用1.71d),sometimes D=1.86d
复对绞线等效外径﹕
D=2.6d
多对数绞线等效外径﹕
对绞节距.
根据对绞组对数,芯线外径选取.
5．2. 多芯绞合:
绞合外径当芯线根数不多时,按正规绞合计算.见下表.
芯线排列方式及芯线绞合外径计算可根据下表:
当芯线根数较多并线径较小的情况下,可按束绞近似计算(导体绞合外径计算公式)绞合节距
一般绞合节距取绞合外径的15~20倍.有时为了改善线材性能,可选择合适的节距.如为了改善线材的弯曲性能降低绞合节距.USB电缆为了减小芯线变形,采用大节距.
5．3有关绞合中的基圆直径.节圆直径.绞合外径
基圆直径:对于某一绞线层,绞线前芯线直径称基圆直径.
节圆直径:单线绞合在直径为D0的圆柱体上,以单线轴线至绞线轴线的距离为半径的圆为节圆,其直径为节圆直径.
绞合外径:该层绞线的外接圆直径为绞线外径.
图中对于第三层绞合: 基圆直径为D0(即第二层(1+6)绞合的绞合外径)
节圆直径为D’ D’=D0+d
绞合外径为D D=D’+d
5． 4.绞入系数:
芯线绞合的绞入系数为1+(圆周率X绞合外径/绞合节距)的二次方.
D----绞合外径.
H----绞合节距.
在绞线过程中,对于多芯并芯线分层的情况,虽然为束绞,各层芯线绞入系数并不相同.为了保守起见,增大安全系数,并且
减化计算,所以在上述绞入系数的计算中D采用芯线绞合的绞合外径(理论上,各层的绞合系数应为节圆直径代入上式计算).
四．绞线的柔软性与稳定性：
1．柔软性：①同样的面积，所用单线根数愈多愈细，愈柔软。

②结构相同的绞线，绞线节距愈小愈柔软；但节距
离比接近最小节距比值，弯曲阻力会增加，反而不
利于柔软性的提高。

2．稳定性：在实际生产中，绞线节距不宜过大，也不宜过小，多层绞线的各相邻层绞向相互不同，会使绞线的综合转
距减小，而且层数愈多，稳定性愈好。

复绞线中胶线
的绞向与复绞的方向相应，可提高复绞线的稳定性。

3．单线在绞合中的变形：
①弯曲变形：绞合中单线的变形如同圆柱螺旋线的变形。

②扭转变形：绞合中单线的扭转如同圆柱螺旋线产
生自身的扭转。

绞线时有无退扭绞合：A、一般绞线的螺旋升角接近80°
（80-85°），因此绞线自身扭转大多在355°上下。

B、有退扭：360-355=5°扭转。

五．绞线设备：
1．绞线设备的组成：
放线—牵引—排线—收线—拖动与传动系统—控制系统
此外：分线板—并线模—计米器等
2．绞线机：
摇篮式
笼式绞线机
悬臂式
放线盘转绕设备盘式绞线机
中心旋转的绞线机
交叉式
叉式绞线机箱形
一字式
筒形
一般管绞机
管绞机气垫式
放线盘在设备管外穿线式
中心的绞线机一般无管式
无管绞线机
跳绳式
绞合设备
一、绞合设备的种类
绞线机的种类很多，从结构上分有笼式、盘式、管式、框式等绞线机；从绞合根数上分有6、12、24……54盘等绞线机；从放线盘直径大小分有200、400、500、560、600和630型绞线机。

我们公司目前用的绞合设备是：1+6/400型管绞机和630框绞机。

1、1+6/400型管绞机
管绞机是退扭的高速绞线机，其绞线质量与其它绞线机相同，但生产率却高出好几倍，被广泛用于铜、铝、钢丝和钢丝铝绞线的绞线生产中。

管绞机的规格和型号是按放线盘的数量和放线盘的直径来区分
的。

我们公司用的是6盘直径为400mm的管绞机。

2、630框绞机
框绞机的线盘分装在垂直布局的四个框架上，中心轴不受线盘重量负荷，线盘在绞笼圆周方向成90度角均布，绞笼回转半径小，转速较快，绞笼不用托轮，而是在两端用大轴承座支承，设备噪音小，线盘可单个上下，由气动或电动夹紧，操作方便，缩短辅助时间。

单线放线张力控制用气动张力控制，可自动调节。

缺点是不退扭，适用于紧压圆形、扇形及瓦形绞合导体。

二、绞合设备基本结构
绞合设备既然有不同段、不同盘数、不同放线盘直径，因此绞线机名称常把这几个因素表示出来。

例如二段框式绞线机，第一段有6个放线盘，第二段有12个放线盘，放线盘的直径是630mm，这部绞线机就称为6+12盘630型二段式绞线机。

比如我们公司现在的两部绞线机，严格应该说成6+12盘630型二段式绞线机和6+12+18+24盘630型四段式绞线机，但我们习惯地称为630框绞机。

管绞机一般都是一段的，例如6盘400mm直径放线盘的管式绞线机，就称为6盘400型管式绞线机
绞合设备主要组成部分有：
放线部分：这部分是绞合设备的主体放线盘比较多，占设备整体的大部分。

牵引装置：是绞合设备的拖动部分，有单牵引和双牵引两种形式，现在大多采用双牵引。

收线装置：有单独拖动的力矩电机收线，也有机械传动式收线和滑车式收线。

拖动系统；系指用电动机来带动机械运动的系统。

此外，还有定长记米器，电气、液压、气压控制装置和分线板、压模、拉模、排线装置、自动停车等装置。

绞线机生产的绞线规格比较大，绞合时除中心一根单线外，其余单线的放线盘都放在放线部分，通过它的旋转使单线围绕中心单线形成绞层。

根据绞线的层数和每层单线根数，一般绞线机设有几个分别旋转的放线部分，使之制成各层绞向不同的绞线，这对生产同心层绞的绞合产品尤为合适。

（一）、绞线机的放线部分
放线部分是绞线机的主体，放线盘围绕设备中心旋转的绞合设备有笼式、盘式和框式各类绞线机。

管式绞线机的放线盘是安装在设备中心，而把单线引出来围绕中心单线旋转，所以设备旋转力矩要比前一类小得多，转动速度可以大大加快。

习惯上把前一类称为低速绞线机，后者称为高速绞线机。

1.框绞机的放线部分
它的线盘是采用顶尖夹紧，一排固定顶尖及相对应的一排活动顶尖等分的装在空心轴上的两圆盘之间。

其放线部分比较简单，但不能进行退扭。

框式绞线机可以分为若干段，各有不同旋转方向以实现各绞层的不同绞向，也可使各段同方向同步转动，绞合更多根数的绞层。

2.管绞机的放线部分
管式绞线机放线部分的外形是个管筒，一般称为管体或筒体。

管式绞线机一般都只有一个管体，放线盘数有6、8、12、18个等，我们公司的管绞机是6盘，放线盘直径是400mm。

我们公司管式绞线机和框式绞线机各有特点：
（1）从生产范围看，框式绞线机大，放线盘可以放得比较多，一次可以绞成多根数的绞线。

管式绞线机只能是6根层。

（2）从速度上看，框式绞线机由于放线盘放在中心轴的四周，离心力太大，速度不能太快。

管式绞线机由于放线盘放在中心轴线上由管体带着单线转动，离心力小，而且分布均匀，转速快。

（3）从占地面积看，框式绞线机几个放线盘放在一个垂直于主轴的平面上；管式绞线机的放线盘一字排列。

两种绞线机在同样数目、同样大小放线盘的情况下，虽然管式绞线机占地长，但宽度小，高度也不大。

（二）、绞线机的牵引及收排线装置
1.牵引装置
牵引装置的主要作用是绞线机的拖动部分，是使绞线机构成绞合条件之一的直线运动。

牵引装置有圆形牵引轮和履带式牵引装置两种。

前者结构简单在绞线机上用得最普遍，后者在绞线机上用得少，牵引轮有两种牵引形式。

（1）单牵引轮
这是常见的一种形式，比如公司管绞机上用的牵引轮就是单牵引轮。

它的缺点是绞线在轮面上平移，不可避免的产生绞线与轮面间有摩
擦，对于绞线质量、圆整性和绞线性能都不利，鉴于这缺点，现在大多采用双牵引轮。

（2）双牵引轮
双牵引轮的两个轮的外径一般都一样大，也有一大一小的，比如公司框绞机上用的牵引轮就是双牵引轮。

双牵引轮一般都有4～8个槽，这样在一个轮面上的绞线互不挤压，在槽内又有很好的接触。

与单牵引轮相比，具有分线可靠，不伤害绞线表面，对绞线圆整度、绞合性能影响极小，但双牵引轮占地面积大，传动也比单牵引轮麻烦。

（3）收线装置
绞线机的收线盘比放线盘大得多，直径一般在400～2500mm。

所以收线架的大小，要适应收线盘的直径。

收线盘本身就较重，装满线后更重，由于装卸比较困难，所以收线架都设计有上下盘的装置，一般都采用机械办法，用螺杆带动支撑螺母使线盘升降，螺杆转动一般都采用专用电机拖动。

（4）排线装置
不同规格绞线外径也不同，要想使绞线平整、有序地绕在收线盘里，使它既不重叠，又不留空隙，保证绞线质量，充分的利用线盘容量，排线就是一个重要问题。

排线装置调节排线的宽度的方法有采用螺杆（螺杆转速是分级的）调节和固定导轮后移动收线盘调节。

第三章绞线工艺
绞合工艺的主要参数有：绞合节距、绞入系数、绞合方向
一、绞合节距
1.什么是绞合节距
单线沿绞线轴线旋转一周所前进的距离（h）叫绞合节距。

节距与直径之比叫节径比或节距倍数。

以正规同心式绞合为例，绞线节距、外径和一个节距内单线展开长度之间有如图所示关系。

由如图可得出绞线节距计算公式如下：
h=LSinα=πD´tgα
L=
式中：h：绞线节距长度；
L：一个节距内的单线展开长度；
D´：节圆外径，D´=D-d；
D：绞线外径；
d:单线外径；
α：螺旋升角。

2.绞合节距的测量
测量工具：游标卡尺、钢直尺、卷尺。

测量方法：直接测量法、退扭法、划痕法。

3.绞合节径比
节径比是绞线节距长度与绞线外径的比值，称实用节径比
m =。